איפה הגוף נמצא אחרי זמן t — ואיך מוצאים את המהירות גם כשלא יודעים כמה זמן עבר
x = x₀ + v₀t + ½at²v² − v₀² = 2aΔx
ניווט: ← / רווח קדימה · → אחורה · N הערות למורה · F מסך מלא
מהלך השיעור · 45 דקות
מה נעשה היום?
3 דק׳
חזרה קצרה
v = v₀ + at, והשטח מתחת לגרף מהירות-זמן
21 דק׳
חלק א׳: משוואת המקום-זמן, חמש דרכים להבין אותה
מרוץ · „בונוס" התאוצה · שטח · פרוסות זמן (למה זה נכון?) · מהירות ממוצעת · גרף x-t
16 דק׳
חלק ב׳: משוואת הפרש הריבועים (בלי זמן)
מרחק בלימה · פיתוח · v² לעומת מרחק · למה כל מטר מוסיף 2a? · איזו משוואה בוחרים?
5 דק׳
סיכום וכרטיס יציאה
ואחר כך: תרגול אינטנסיבי בדף התרגול
דק׳ 1–4 · חזרה
חזרה
מה כבר יודעים על תנועה בתאוצה קבועה?
משוואת המהירות-זמן
v = v₀ + a·t
בכל שנייה המהירות משתנה ב-a. בגרף v-t: קו ישר, השיפוע הוא a.
ההעתק מגרף v-t
Δx = שטח
השטח בין הגרף לציר הזמן = ההעתק. מהירות קבועה: מלבן, Δx = v·t.
1. v₀ = 4 m/s, a = 2 m/s². מה המהירות אחרי 3 שניות?
v = 4 + 2·3 = 10 m/s
2. גוף נע ב-6 m/s במשך 5 שניות. מה ההעתק?
Δx = 6·5 = 30 m (מלבן)
השאלה להיום: כשהמהירות משתנה — מה שטח הגרף? ואיך יודעים איפה הגוף נמצא?
דק׳ 4–8 · מרוץ
שאלת פתיחה · נחשו קודם!
מרוץ: מהירות קבועה נגד יוצאת ממנוחה
מכונית A נוסעת במהירות קבועה של 10 m/s. מכונית B יוצאת ממנוחה בתאוצה של 2 m/s². שתיהן מתחילות יחד מאותה נקודה. מי מקדימה אחרי 5 שניות? אחרי 10? אחרי 15?
t = s
A: x = m · B: x = m
A מקדימה עד t=10; ב-t=10 הן שוות (100 m). אחר כך B מקדימה, כי המהירות שלה ממשיכה לגדול ומגיעה ל-20 m/s. המרחק של B לא גדל קבוע בכל שנייה!
דק׳ 8–10 · זווית 1
זווית 1„הבונוס" של התאוצה
נסיעה במהירות קבועה + מתנה מהתאוצה
v₀at
בלי תאוצה: v₀·t = m
בונוס התאוצה: ½at² = m
סה״כ: Δx = m
Δx = v₀t + ½at²
דק׳ 10–13 · זווית 2
זווית 2גרף מהירות-זמן: שטח = מלבן + משולש
הטרפז שמתחת לגרף
הגרף v = v₀ + at עולה בקו ישר. נפצל את השטח לשני חלקים פשוטים:
■ מלבן: בסיס t, גובה v₀: v₀·t =
■ משולש: בסיס t, גובה at: ½·t·at =
Δx = m
v₀at
Δx = v₀t + ½·t·(at) = v₀t + ½at²
דק׳ 13–16 · למה זה נכון?
למה?אינטואיציה פיזיקלית: נחתוך את הזמן לפרוסות
איך אפשר להיות בטוחים ב-½at² ?
תנועה במהירות קבועה אנחנו כבר מכירים: Δx = v·Δt. אז נחתוך את התנועה ל-N פרוסות קצרות, ובכל פרוסה נניח שהמהירות „קפואה" על הערך שיש בתחילתה.
פרוסות: · מהירות ההתחלה 2 m/s, תאוצה 2 m/s², 6 s
סכום המדרגות = m
הנוסחה: v₀t + ½at² = 48 m
למה ½? כי התוספת at ל-v נבנית בהדרגה: בהתחלה אין תוספת, בסוף יש at. בממוצע עבדה חצי ממנה כל הזמן.
דק׳ 16–18 · זווית 3
זווית 3מהירות ממוצעת
אותו טרפז, כמו מלבן בגובה הממוצע
בתאוצה קבועה המהירות עולה בקצב אחיד, ולכן המהירות הממוצעת היא בדיוק באמצע בין v₀ ל-v (ובדיוק ברגע t/2).
המשולש הכתום מימין „עודף" — והמשולש המקווקו משמאל „חסר". הם שווי שטח, אז הטרפז = מלבן בגובה v.
שיפוע המשיק לפרבולה בכל נקודה = v₀ + at — בדיוק משוואת המהירות!
דק׳ 21–24 · תרגול קצר
בדקו את עצמכם
משתמשים במשוואת המקום-זמן
1מכונית יוצאת ממנוחה בתאוצה 4 m/s². כמה מטרים תעבור ב-5 s?
Δx = ½·4·5² = 50 m
2אופנוע: v₀ = 8 m/s, a = 1.5 m/s². כמה מטרים תוך 6 s?
Δx = 8·6 + ½·1.5·36 = 48 + 27 = 75 m
3רכבת בולמת: v₀ = +20 m/s, a = −2 m/s². כמה מטרים תוך 6 s?
Δx = 20·6 + ½(−2)·36 = 120 − 36 = 84 m פחות מ-120 — התאוצה „גונבת" מרחק.
4יוצאים ממנוחה בתאוצה 2 m/s². אחרי כמה זמן עוברים 36 מטר?
36 = ½·2·t² ⇒ t² = 36 ⇒ t = 6 s
דק׳ 24–25
מלכודות
ארבע טעויות נפוצות
✗ „x = ½at² תמיד נכון"
✓ זה נכון רק כש-v₀ = 0 (ו-x₀ = 0). אם יש מהירות התחלתית — לא לשכוח את v₀t.
✗ משתמשים ב-x = v·t כשהמהירות משתנה
✓ v משתנה, אז צריך מהירות ממוצעת — או את המשוואה המלאה.
✗ מבלבלים בין t² ל-2t
✓ t בריבוע: ב-4 שניות — פי 16, לא פי 8. אפשר לבדוק: אם הזמן גדל פי 2, התוצאה גדלה פי 4.
✗ ממשיכים להציב אחרי שהגוף נעצר
✓ רכבת במהירות 20 m/s ובתאוצה −2 m/s² נעצרת אחרי 10 שניות ו-100 מטר. ב-15 שניות המשוואה נותנת 300 − 225 = 75 — אבל הרכבת לא חזרה אחורה! המשוואה תקפה רק כל עוד התאוצה קבועה.
דק׳ 25–28 · חלק ב׳
חלק ב׳ · שאלת פתיחה · נחשו קודם!
מרחק בלימה: אם נכפיל את המהירות…
מכונית בולמת בתאוצה קבועה a = −5 m/s² (כביש יבש). ב-54 קמ״ש היא נעצרת אחרי 22.5 מטר. כמה מטרים תעבור ב-108 קמ״ש? (א) 45 (ב) 67.5 (ג) 90 (ד) 180
מהירות
v₀ = m/s · v = m/s
מרחק בלימה = m
(ג) 90 מטר — פי 4! מהירות כפולה ← מרחק בלימה כפול בריבוע. מכאן: „ככל שמהירים יותר, הסכנה גדלה הרבה יותר מהר".
דק׳ 28–32 · פיתוח
איך מקבלים משוואה בלי t?
פיתוח: הפרש ריבועים עושה את העבודה
① מהגדרת התאוצה: v − v₀ = a·t
② ממהירות ממוצעת: Δx = v + v₀2·t ⇒ v + v₀ = 2Δxt
③ נכפיל את שני הצדדים (①×②): (v − v₀)(v + v₀) = a·t · 2Δxt
④ בצד אחד הפרש ריבועים, ובצד השני t מצטמצם: (A−B)(A+B) = A²−B² v² − v₀² = 2aΔx
בדיקה במספרים
v₀at
v = v₀+at
Δx = v₀t+½at²
(v − v₀) · (v + v₀)
v² − v₀²
2aΔx
שתי השורות האחרונות תמיד שוות!
דק׳ 32–34 · זווית 1
זווית 1v² גדל בקצב אחיד — לא לפי זמן אלא לפי מרחק
בכל מטר ש„נוסעים", v² גדל ב-2a
v₀aΔx
v² = v₀² + 2aΔx =
v = m/s
שיפוע הגרף: 2a =
השוואה:
בגרף v-t: בכל שנייה v גדל ב-a
בגרף v²-x: בכל מטר v² גדל ב-2a
דק׳ 34–37 · למה זה נכון?
זווית 2אינטואיציה פיזיקלית: ממהר ← פחות זמן בכל מטר
למה כל מטר מוסיף בדיוק2a ל-v² ?
מרחק (m)
v (m/s)
זמן בקטע (s)
Δv בקטע
Δ(v²) בקטע
v₀aקטע
הסיפור: נחלק את הדרך לקטעים שווים. הגוף המהיר עובר קטע בפחות זמן, ולכן התאוצה „מספיקה" להוסיף לו פחות מהירות — Δv קטן.
אבל Δ(v²) ≈ 2v·Δv: מהירות גבוהה מכפילה בחזרה תוספת קטנה. שני האפקטים מתקזזים בדיוק:
Δ(v²) = 2v · aΔxv = 2aΔx
התוצאה: v² הוא הגודל ש„גדל בצורה הוגנת" לפי מרחק — בדיוק כמו ש-v גדל הוגן לפי זמן.
דק׳ 37–39 · איך בוחרים?
זווית 3איזו משוואה? מחפשים מה חסר
בוחרים משוואה לפי הגודל שלא מופיע בשאלה
v = v₀ + atאין בה Δx
Δx = v₀t + ½at²אין בה v
v² − v₀² = 2aΔxאין בה t
Δx = ½(v + v₀)·tאין בה a
מה לא מופיע בשאלה (לא נתון ולא נשאל)?
1מכונית מאיצה מ-10 ל-30 m/s בתאוצה 2 m/s². כמה מטרים עברה?
חסר t, לכן הפרש ריבועים: 900 − 100 = 4Δx ⇒ Δx = 200 m
2אופנוע יוצא ממנוחה בתאוצה 3 m/s². כמה מטרים אחרי 4 שניות?
חסר v, לכן: Δx = ½·3·16 = 24 m
3רכבת במהירות 30 m/s נעצרת תוך 600 מטר. מהי התאוצה?
חסר t, לכן: 0 − 900 = 2a·600 ⇒ a = −0.75 m/s²
דק׳ 39–41 · דוגמה פתורה
דוגמה פתורה
מכונית יוצאת ממנוחה בתאוצה 2 m/s²
מהי מהירותה אחרי 100 מטר? ואחרי כמה זמן היא מגיעה לשם?
פתרון
נתונים: v₀ = 0, a = 2 m/s², Δx = 100 m
חסר t, לכן הפרש ריבועים:
v² − 0 = 2·2·100 = 400 ⇒ v = 20 m/s
הזמן — ממשוואת המהירות:
20 = 0 + 2t ⇒ t = 10 s
בדיקה במשוואת המקום: ½·2·10² = 100 m — וזה גם הזמן שבו B השיגה את A בשקף 4!
נסו בעצמכם
אוטובוס נוסע ב-25 m/s ובולם בתאוצה −5 m/s². מה מהירותו אחרי שעבר 40 מטר?
v² = 25² + 2(−5)(40) = 625 − 400 = 225 ⇒ v = 15 m/s (חיובי — האוטובוס עדיין נוסע קדימה)
ומה מרחק העצירה המלא של האוטובוס?
0 − 625 = 2(−5)Δx ⇒ Δx = 62.5 m
דק׳ 41–42 · שני פתרונות
כדור נזרק למעלה ב-20 m/s · למעלה = חיובי · a = −10 m/s²
מהי המהירות בגובה h? השורש נותן שני סימנים
גובה h:
h = m
v² = 20² + 2(−10)h =
המשוואה לא יודעת אם הכדור בעלייה או בירידה — היא מחזירה v². מי שמחליט על הסימן הוא הפיזיקה: למעלה v>0, למטה v<0.
בשיא v² = 0, לכן h = 400/20 = 20 m. פתרון אחד בלבד (שני הפתרונות מתלכדים).
דק׳ 42–43 · סיכום
סיכום
שלוש משוואות, כמה דרכים להבין
משוואה
חסר
האינטואיציה
v = v₀ + at
Δx
בכל שנייה v משתנה ב-a · שיפוע גרף v-t
Δx = v₀t + ½at²
v
מכונית רפאים + בונוס · מלבן + משולש · פרוסות זמן במהירות קבועה · מהירות ממוצעת · פרבולה
v² − v₀² = 2aΔx
t
הפרש ריבועים · בכל מטר v² משתנה ב-2a (ממהר ← פחות זמן ← פחות Δv, אבל v² מתקן) · פי 2 מהירות = פי 4 מרחק בלימה
שיטה: 1. ציר וסימנים 2. רושמים נתונים 3. מה חסר? 4. בוחרים משוואה 5. פותרים ובודקים אם התוצאה הגיונית
דק׳ 43–45
כרטיס יציאה
לפני שעוברים לתרגול…
1
גוף: v₀ = 5 m/s, a = 2 m/s². כמה מטרים הוא עובר ב-4 שניות?
2
מכונית נוסעת ב-18 m/s ובולמת בתאוצה −3 m/s². מהו מרחק העצירה?
3
אם מהירות המכונית גדלה פי 3, פי כמה גדל מרחק הבלימה (באותה תאוצה)? נמקו.
1. Δx = 5·4 + ½·2·16 = 36 m
2. 0 − 324 = 2(−3)Δx ⇒ Δx = 54 m
3. פי 9, כי המרחק פרופורציוני ל-v₀².
עכשיו מתרגלים
תרגול אינטנסיבי
דף התרגול: שתי המשוואות החדשות
משוואת המקום-זמן
Δx = v₀t + ½at²
יוצאים ממנוחה? v₀ = 0
בולמים? a שלילי
מחפשים t? שורש (או משוואה ריבועית)
משוואת הפרש הריבועים
v² − v₀² = 2aΔx
אין t בשאלה? זו המשוואה
בשורש: שני סימנים — מחליטים לפי הכיוון
v=0 כשהגוף נעצר
לפני שמציבים: צירו תרשים · סמנו כיוון חיובי · רשמו נתונים ומה חסר · בחרו משוואה. אחרי שפותרים: האם התוצאה הגיונית?